färga

Som ett färgämne är kemiska föreningar som har egenskapen att färga andra material. Enligt DIN 55934 är dessa färgämnen som är lösliga i sitt appliceringsmedium. Olösliga färgämnen kallas pigment.

Färgämnen som används för att färga mat kallas matfärger och är livsmedelstillsatser.

Färgämnena kan delas in i animaliska och vegetabiliska eller organiska och oorganiska färgämnen. En annan klassificering skiljer mellan syntetiska och naturliga färgämnen. Exempel på syntetiska färgämnen är azofärgämnen. Animaliska färgämnen är färgämnen som produceras av djur. Dessa är till exempel lila (från lila snigeln) och karmin (från insekten cochenillefjäll). Vegetabiliska färgämnen är färgämnen som framställs av växter, till exempel indigo, klorofyll, krocetin från krokusar som saffran eller karoten från morötter. Oorganiska färgämnen är färgämnen utan kol, till exempel Chrome Yellow.

Färgindexet är standardverket inom färgkemi, där alla kända färgämnen listas och karakteriseras.

Historik

Färgämnen (d.v.s. lösliga färgämnen och olösliga pigment) har använts för en mängd olika tillfällen och tillämpningar sedan mänsklighetens gryning, t.ex. B. för kroppsmålning, grottmålning och keramisk dekoration.

En av färgerna som använts sedan urminnes tider var vit och ett av de första vita pigmenten som användes var kalciumoxid (CaO), som erhålls genom att bränna kalksten, se även kalkfärg.

Blyvitt (Pb(OH)₂) användes i målning under lång tid · 2 PbCO₃ ) var den enda tillgängliga vita färgen tills den slutligen ersattes av zinkvit (ZnO) i början av 1800-talet, som föredrogs framför vitt bly på grund av dess lägre toxicitet. Idag används titanvit (TiO₂. som utvecklades först på 1900-talet) nästan uteslutande ) Begagnade. Men vita lösliga färgämnen är fysiskt omöjliga.

Fram till 1700-talet var en av de dyraste färgerna blått, för vilket vid den tiden, förutom de syntetiskt framställda smaltpigmenten, den enda tillgängliga råvaran var halvädelstenen lapis lazuli, som efter en arbetskrävande process producerar sedan ultramarin.

Det äldsta kända organiska färgämnet är indigo, som går tillbaka till 2000 f.Kr. funnit användning i Egypten. I Europa erhölls detta färgämne från trä. Dessutom har ett antal andra färgämnen erhållits och erhållits från olika växter. En lista över färgväxter finns i artikeln nyttoväxter.

Det dyraste färgämnet genom tiderna är äkta lila. Det kan erhållas från de färgade körtlarna hos lila snigeln som finns på den östra Medelhavskusten. Det behövs cirka 8000 sniglar för 1 gram av färgämnet.

Först med utvecklingen av syntetiska färgämnen i mitten av 1800-talet ökade antalet tillgängliga färger och deras hållbarhet ökade kraftigt.

Det första syntetiska färgämnet här är mauvein, upptäckt av William Henry Perkin i mitten av 1800-talet när han experimenterade med tjärkomponenter.

De flesta färgämnen gjorda av växter (naturliga färgämnen) är nu syntetiskt framställda.

Verkningssätt

Vitt ljus (spektrum i intervallet 380-790 nm) är en blandning av ljus med olika våglängder. Färgspektrat sträcker sig från långvågigt rött ljus (ca 790 nm) till kortvågigt violett ljus (ca 380 nm).

Färgämnenas verkningssätt bygger nu på att absorbera vissa delar av ljusspektrumet. Komplementärfärgen för den absorberade våglängden är färgen i vilken färgämnet uppträder.

Absorptionen av elektromagnetisk strålning, som även inkluderar ljus, bygger på att höja energinivån för elektroner i molekyler eller atomer (öka avståndet mellan elektroner och atomkärnorna). Den energi som krävs för detta tas från den infallande elektromagnetiska strålningen, ljuset.

Eftersom dessa processer sker på kvantnivå är denna absorption inte kontinuerlig, utan sker endast i vissa stadier som motsvarar den energetiska skillnaden mellan elektronen(erna) före och efter absorption. Denna energiskillnad är omvänt proportionell mot den absorberade våglängden hos det infallande ljuset och bestämmer således färgen i vilken färgämnet uppträder.

Tillståndet för ett färgämne som verkar färglöst efter en kemisk reaktion, vanligtvis reduktion, kallas leukoform.

För en lista över absorptionsvåglängder för vissa ämnen, se Absorptionsvärden för kemiska ämnen.

Se även: Solvatokromism

Molekylernas kemisk-fysikaliska lämplighet

Om bara enkla σ-bindningar förekommer i de betraktade molekylerna eller atomerna, så är energin som krävs för att höja motsvarande σ-elektroner till en högre energinivå för stor för att en nivåökning genom den synliga delen av det elektromagnetiska spektrumet skulle kunna komma. I allmänhet sker absorption inom området UV-ljus eller röntgenstrålar, varför dessa typer av föreningar normalt är olämpliga som färgämnen. B. omättade bindningar uppstår. Dessa absorberar redan elektromagnetiska vågor i det långvågiga UV-området.

Om man ordnar flera sådana omättade bindningar (multipelbindningar) växelvis med enkelatombindningar delokaliseras π-elektronerna, vilket ytterligare minskar avståndet mellan det exciterade och grundtillståndet. Detta motsvarar en förskjutning av de absorberade våglängderna mot längre våglängder. I allmänhet gäller att ju högre antal dessa omättade bindningar är, desto mer förskjuts absorptionsintervallet uppåt. En ytterligare ökning kan uppnås genom att kombinera sådana ämnen med särskilt lämpliga andra atomgrupper eller atomer som fungerar som elektronacceptorer eller elektrondonatorer och/eller är kapabla till resonans, Följande funktionella grupper kan till exempel användas som auxokromer (elektrondonatorer) ) eller antiauxokromer (elektronacceptorer):

Effekten av dessa auxo- eller anti-auxokromer baseras på en polarisering av molekylen och en resulterande förskjutning av de delokaliserade elektronerna som är tillgängliga genom de omättade föreningarna i resten av molekylen.De grupper som gör motsvarande delokaliserade elektroner tillgängliga är även kallade kromoforer. Som kan utläsas av förklaringarna ovan är kromoforerna och den frekvens med vilken de förekommer i den aktuella molekylen primärt ansvariga för färgningen av ett färgämne. Till exempel kan följande funktionella grupper fungera som kromoforer:

π-Overlay av aromatiska ringar och en azogrupp med exemplet aminoazobensen.

π-grupperna för de inblandade delarna av molekylen visas här som en strukturformel och 3D-modell.

Tyvärr är bensenringarna mättade i denna 3D-bild. I 2D-representationen bär varje ringkol endast en väteatom. Annars bildas inga π-bindningar. Polarisering och laddningsförskjutning i aminoazobensen. NH₂ grupp har en färgfördjupande effekt med sitt ensamma elektronpar.

Beteckningar som kromoforer och auxokromer kommer från Otto Nikolaus Witts teori om färgämnen.

Absorptionen av det omättade kolet stimulerar en -I-effekt som påverkar hela molekylen och därmed orsakar en förskjutning i molekylstrukturen.

Klassificering av färgämnen för textilfibrer

Efter färgningsprocessen

Anjoniska färgämnen (syrafärgämnen)

Anjoniska färgämnen eller syrafärgämnen absorberas direkt på fibern från ett vattenhaltigt medium. De är särskilt lämpliga för polyamidfibrer och ull. Färgämnena klassificeras efter deras migrationskapacitet (d.v.s. förmågan att jämna ut obalanser =obalanser) och deras våthärdighetsegenskaper (hur definieras en multifibertejp av de vanliga fibrerna under definition tvättförhållanden, kontakt nedsmutsad med vatten eller svett på grund av färgämnet som används).

Metallkomplexfärgämnen

Metallkomplexfärgämnen , av vilka några är sura färgämnen, innehåller krom eller koppar (tidigare även kadmium) som en central atom. Det finns metallkomplexfärgämnen med olika antal syragrupper (-SO₃ H). Styrkan hos interaktionen med substratet varierar därefter. De färgämnen som används idag är ekologiskt ofarliga och ger en högre våthärdighet än metallfria syrafärgämnen. Färgämnet innehåller endast en extremt liten mängd fri metall (t.ex. krom), som inte längre kan detekteras senare på fibern.

Väsentliga färgämnen

Substantiva färgämnen eller direkta färgämnen appliceras direkt på fibern från en vattenlösning. De är särskilt lämpliga för användning på cellulosa. Även färgat på polyamid i tidigare tider, detta görs idag endast i undantagsfall på grund av ökade beständighetskrav Dessa färgämnen bildar främst sekundära valenser (vätebryggbindningar och Van der Waals-bindningar), vilket förklarar deras låga beständighet.

Katjoniska (eller basiska) färgämnen

Katjoniska färgämnen är en grupp färgämnen som nästan uteslutande används på polyakrylnitrilfibrer och ger livfulla och mycket ljusäkta färger. Anjoniskt modifierad polyester (t.ex. som effekttråd i ett styckfärgat vävt tyg för att uppnå tvåtonsfärgning) och anjoniskt modifierad polyamid (används ofta för styckfärgade mattor förutom polyamidtyper som kan färgas med sura färgämnen =differential färgning) kan färgas med den.

Dispergera färgämnen

Dispergera färgämnen :Dessa vattenolösliga färgämnen är särskilt lämpliga för färgning av polyester, triacetat och 2 1/2 acetatfibrer. Generellt sett är de lämpliga för färgning av hel- och halvsyntetiska fibrer som inte har fria -NH2- eller -OH-grupper. Extremt tvättbara och ljusäkta färgningar kan uppnås på polyester. Polyamid och polyakrylnitril kan också färgas med detta, men med måttliga beständighetsegenskaper.

Framkallande eller kopplingsfärgämnen

Färgämnen utvecklas appliceras på fibern i två steg. Först appliceras den så kallade primern, en vattenolöslig kopplingskomponent (t.ex. naftol AS, 2-hydroxi-3-naftolsyraanilid) med affinitet för cellulosa. I det andra steget får de reagera med ett vattenlösligt diazoniumsalt, vilket skapar själva färgämnet på fibern.

Vat färgämnen

Vat färgämnen är vattenolösliga färgämnen som reduceras till sin lösliga leukoform (vatted). På så sätt kan karfärgämnet absorberas av fibern, där det omvandlas tillbaka till olösligt tillstånd genom efterföljande oxidation och fixeras på ett sådant sätt att man skulle kunna säga "det fälls ut i fibern". De mest kända karfärgerna är indigo, lila (indigoidfärgämnen) och indantrenblått RS (indantron/indanthrenfärgämnen). Indanthren är ett registrerat varumärke som tillhör DyStar Textilfarben GmbH &Co. KG

Reaktiva färgämnen

Reaktiva färgämnen är idag den största gruppen av färgämnen på cellulosa.Det faktum att atombindningar bildas ger lysande och våtsnabba färgningar. Även ull med djupa nyanser färgas ofta med reaktiva färgämnen. Ur kemisk synvinkel består reaktiva färgämnen av två delar:den kromofora delen (t.ex. en azoförening) och en reaktiv grupp fäst vid den (när det gäller bifunktionella reaktiva färgämnen) även flera reaktiva grupper) t.ex. B. en vinylsulfongrupp (Remazol-färgämnen) eller en triazingrupp. Denna reaktiva del förenas kemiskt med en OH-grupp i cellulosan.

Bejdande färgämnen

Med betsmedel fibrerna som ska färgas behandlas först med krom(III), järn(III) eller aluminiumsalter. Efterföljande behandling med ånga bildar metallhydroxider på fibern. Dessa hydroxider reagerar sedan med det (sura) färgämnet för att bilda en fixerbar komplex förening. På grund av tungmetallföroreningen av fibrerna och avloppsvattnet utförs sådana färgningar praktiskt taget inte längre idag.

Pigmentfärgämnen

pigment I kemisk mening är de färgämnen som lakas för att bilda pigment. Vid textilfärgning appliceras bindemedel, förtjockningsmedel och även mjukgörare på textilfibern vid textiltryckning eller färgning. Resultatet är hög ljusäkthet, men endast under medelbeständighet mot gnidning och lösningsmedel. Mer än 50 % av textiltrycken världen över skapas med pigmentfärger, pigmentfärger å andra sidan finns bara sällan i ljusa och möjligen medelstora nyanser. Gnuggfastheten hos mörka nyanser är inte längre tillräcklig. Pigmentfärgen är lämplig för alla typer av fibrer (naturliga och konstgjorda fibrer) och används främst för billiga föremål.

Klassificering enligt den kemiska strukturen

Nitrofärgämnen

Central komponent i nitrofärgämnen är nitrogruppen (NO₂ ). En av representanterna för detta släkte är pikrinsyra (2,4,6-trinitrofenol).

Picrinsyra:

Azofärgämnen

Central komponent i azofärgämnena är azogruppen (R-N=N-R') som fungerar som en kromofor grupp. Färgämnet syntetiseras genom diazotering (genom koppling av azogruppen) med aromatiska fenoler eller aminer.Färgämnen kan vidare delas upp efter antalet azogrupper i färgämnesmolekylen i monoazofärgämnen, diaazofärgämnen med två azogrupper och polyazofärgämnen med flera azogrupper Azofärgämnen är mestadels känsliga för reduktionsmedel; de spjälkas igen vid azobron och blir missfärgade.Azofärgämnen finns representerade i nästan alla färgämnens grupper och utgör den största gruppen sett till antal. Välkända representanter för azofärgämnen inkluderar Kongorött och alizaringult R, inklusive den orange 2,4-diaminoazobensen som diskuterats ovan.

Alizarin Yellow R:

Kongorött:

Indigofärgämnen

Indigofärgämnen är kar färgämnen, som t.ex B. indigo själv eller indigoida färgämnen såsom lila (färgämne).

Ftalocyaninfärgämnen

Ftalocyaninfärgämnen härrör från ftalocyanin och används främst i plastbearbetning som pigment. Som speciella egenskaper kan ftalocyaninfärgämnen generellt ha stark syra-, alkali- och ljusbeständighet.

Ftalsyrafärgämnen

Ftalsyrafärgämnen baserade på ftalsyra är färglösa i sur eller neutral lösning eller i torrt tillstånd. Ett rött salt bildas endast i en basisk lösning.

Trifenylmetanfärgämnen

Den grundläggande byggstenen trifenylmetan ger den dess namn. Minst två av de aromatiska ringarna i trifenylmetanfärgämnet bära elektrondonerande substituenter. Trifenylmetanfärgämnen används främst inom tryckteknik eller som indikatorer och är i allmänhet inte särskilt ljusäkta. Gruppen trifenylmetanfärgämnen är indelad i tre undergrupper:

• Aminotrifenylmetanfärgämnen :Representanter här är t.ex. B. fuchsinen, den malakitgröna eller den kristallvioletta. Representanter för denna grupp kännetecknas av minst två aminogrupper som auxokromer.
• Hydroxitrifenylmetanfärgämnen :Moderföreningen i denna undergrupp innehåller minst en hydroxigrupp som en auxokrom. Fuchson (difenylkinometan) är moderföreningen, men den har inte karaktären av ett färgämne. En annan representant för denna undergrupp är bensaurin (p-hydroxyfuchson). Föreningen är ett fenolderivat, är gulröd till färgen och har sura egenskaper. Violettsalter bildas med utspädda alkalier.
• Ftaleiner :Denna klass av färgämnen härrör från o-karboxylsyran i trifenylmetanol och är därför nära besläktad med trifenylmetanfärgämnena. Representanter för denna grupp är:fenolftalein, som är gjord av ftalsyraanhydrid och fenol. Fluorescein är också en representant för ftaleinerna, liksom eosin.

Antrakinonfärgämnen

Antrakinonfärgämnen kännetecknas på många fibrer av hög tvätt- och ljusäkthet (indantrenfärgämnen) och är alla härledda från antrakinon.

Antrakinon:

Indanthrene:

Alizarin:

Referenser

• J. Fabian, H. Hartmann, Light Absorption of Organic Colorants, Berlin, Springer, 1980.
• H. Schweppe, Handbook of Natural Dyes, Occurrence - Use - Proof, Landsberg, Ecomed, 1992., ISBN 360965130X .
• H. Zollinger, Color Chemistry, 3:e upplagan, Weinheim, Wiley-VCH, 2003, ISBN 3906390233 .

Se även

• Lista över färgämnen sorterade efter färg
• Kategori:Färgämne, sorterat i alfabetisk ordning